給水處理工藝發(fā)展簡(jiǎn)述

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1、給水處理工藝發(fā)展簡(jiǎn)述本文得到李圭白院士，王占生教授和郄燕秋教授級(jí)高工的幫助和指導(dǎo)劉文君清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，北京1000841給水處理工藝發(fā)展簡(jiǎn)述常規(guī)處理、臭氧活性炭深度處理和膜處理可以稱為飲用水凈化的第一代、第二代和第三代的凈水技術(shù)。常規(guī)處理通常由混凝、沉淀、過(guò)濾和消毒組成，最早于十九世紀(jì)在歐洲開(kāi)始得到應(yīng)用，到二十世紀(jì)在全世界得到十分廣泛的應(yīng)用，目前仍然是全世界的主流飲用水凈化工藝，其主要去除對(duì)象為水中懸浮物、膠體物、和部分大分子有機(jī)物、并殺滅水中絕大部分細(xì)菌和病毒，保證飲用水的基本安全性。因常規(guī)處理工藝的應(yīng)用對(duì)

2、控制水媒傳染病的爆發(fā)、保障人體健康和公共安全作出的杰出貢獻(xiàn)，美國(guó)工程院于2004年評(píng)選20世紀(jì)對(duì)人類(lèi)生活貢獻(xiàn)最大的二十項(xiàng)重大科技成果時(shí)將飲用水的常規(guī)凈化工藝列在第四位（前三位分別為；電、汽車(chē)和飛機(jī)）。但自二十世紀(jì)六十年代后世界各國(guó)隨工業(yè)的發(fā)展，水源水普遍受到有機(jī)物的污染，主要是小分子、溶解性的合成有機(jī)物、包括農(nóng)藥、殺蟲(chóng)劑、除草劑、各種添加劑、內(nèi)分泌干擾素等，七十年代又發(fā)現(xiàn)氯消毒時(shí)能與有機(jī)物反應(yīng)生成對(duì)人體健康有害的消毒副產(chǎn)物，而常規(guī)處理工藝對(duì)這些有機(jī)物基本無(wú)去除能力，因此飲用水水質(zhì)對(duì)人體健康的影響受到極大的關(guān)注，迫使人們

3、尋求新的飲用水凈化技術(shù)，以彌補(bǔ)常規(guī)處理工藝的不足，在這種背景下，臭氧活性炭處理技術(shù)被開(kāi)發(fā)并在歐洲得到較多應(yīng)用。因此臭氧活性炭可以稱為第二代的飲用水凈化技術(shù)。各國(guó)水處理工作者一致發(fā)現(xiàn)，活性炭吸附是從水中去除多種有機(jī)物的“最佳實(shí)用技術(shù)”，可有效地去除嗅、味、色度、氯化有機(jī)物、農(nóng)藥、放射性污染物及其它人工合成有機(jī)物。水處理中顆?；钚蕴浚℅AC）使用較多，并已發(fā)展為球形活性炭、浸透型活性炭、高分子涂層活性炭等多種類(lèi)型。用活性炭做吸附劑去除水中污染物，雖能取得良好的效果，但其價(jià)格較貴，對(duì)大部分極性短鏈含氧有機(jī)物，如甲醇、乙醇、甲

4、醛、丙酮、甲酸等不能去除，而且活性炭在應(yīng)用一定的周期后其吸附能力喪失，需要再生后才能重新應(yīng)用，因此單純活性炭的應(yīng)用受到很大局限臭氧（O3）是應(yīng)用最廣泛的新型氧化劑。作為深度處理臭氧與活性炭聯(lián)用有以下優(yōu)勢(shì)：(1)臭氧氧化能力較強(qiáng)，可以將大分子有機(jī)物分解成小分子有機(jī)物，從而增加后續(xù)活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附能力；（2）臭氧分解為氧氣后增加了水中溶解氧濃度，加上臭氧氧化有機(jī)物后水中可生物利用有機(jī)物增加，有利于活性炭上微生物的生長(zhǎng)，因此活性炭變成生物活性炭，利用活性炭上微生物對(duì)有機(jī)物的降解作用，提高了對(duì)有機(jī)物的去除效率的效率和活性炭

5、的使用周期；（3）臭氧消毒反應(yīng)迅速，殺菌效率高；(4)臭氧活性炭能夠減少水中氯代消毒副產(chǎn)物的生成量。但臭氧活性炭的應(yīng)用在二十一世紀(jì)受到新的挑戰(zhàn)，主要原因有：（1）臭氧化副產(chǎn)物問(wèn)題。采用臭氧氧化工藝，將產(chǎn)生一些臭氧化副產(chǎn)物，主要可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是溴酸鹽和次溴酸鹽，其中溴酸鹽具有強(qiáng)致癌性，我國(guó)，美國(guó)、歐洲、日本和世界衛(wèi)生組織等均將飲用水中溴酸鹽控制標(biāo)準(zhǔn)定為10mg/L。2006年1月4日頒布、3月6日正式生效的美國(guó)新的消毒劑/消毒副產(chǎn)物法（D/DBPrule）規(guī)定溴酸鹽的目標(biāo)控制值是0mg/L。如果原水中含有一定濃度的溴離

6、子，則有導(dǎo)致臭氧化后的水中產(chǎn)生溴酸鹽的風(fēng)險(xiǎn)。其次，次溴酸鹽是溴仿和溴化有機(jī)物的前驅(qū)物，而溴代消毒副產(chǎn)物也是飲用水標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格限制的。另一類(lèi)是臭氧化有機(jī)物后產(chǎn)生的小分子有機(jī)物，如醛類(lèi)、脂肪酸、羧酸、酮類(lèi)、AOC等，這些有機(jī)物有些具有較強(qiáng)的生物毒性，不過(guò)在經(jīng)過(guò)生物活性炭處理后，由于活性炭的吸附作用和生物降解作用，可在一定程度上將這些有機(jī)物分解。（2）生物安全性問(wèn)題。臭氧生物活性炭工藝在活性炭上會(huì)生長(zhǎng)大量的微生物，這些微生物將對(duì)炭濾后出水水質(zhì)產(chǎn)生影響。1）這些微生物會(huì)產(chǎn)生一些胞外分泌物，其中一些胞外分泌物可能具有一定的生物毒性；

7、2）這些微生物會(huì)穿透活性炭床進(jìn)入到出水中去，而且由于這些微生物已經(jīng)經(jīng)過(guò)了臭氧消毒工藝后存活下來(lái)的，對(duì)消毒劑一般具有更強(qiáng)的耐受能力，不容易被殺滅；3）進(jìn)入到出水中的微生物往往被包裹在細(xì)微顆粒之中，因此很難接觸到消毒劑。這些都造成了后續(xù)消毒工藝的困難。此外在南方城市已經(jīng)發(fā)現(xiàn)臭氧生物活性炭工藝出水中出現(xiàn)了較多的藻類(lèi)，如劍水藻等，這些藻類(lèi)一方面影響了水的感觀指標(biāo)，另一方面也可能出現(xiàn)一些有生物毒性的藻類(lèi)或藻毒素。（3）氧化藻類(lèi)分泌藻毒素的問(wèn)題。在原水藻類(lèi)較多的情況下，臭氧能氧化藻類(lèi)，使原來(lái)包裹在藻細(xì)胞內(nèi)的胞內(nèi)毒素釋放出來(lái)，水中藻

8、毒素增加。因此出于對(duì)飲用水水質(zhì)安全的綜合考慮，臭氧在飲用水凈化中的應(yīng)用已經(jīng)在美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家受到了一定的限制。在中國(guó)的實(shí)際應(yīng)用中還有設(shè)備購(gòu)買(mǎi)與維護(hù)，氣源管理與安全等問(wèn)題。膜技術(shù)最早的研究起源于二十世紀(jì)五十年代，真正大規(guī)模應(yīng)用在二十世紀(jì)九十年代中期開(kāi)始，并在二十一世紀(jì)得到快速增長(zhǎng)。膜技術(shù)被美國(guó)EPA推薦為最佳工藝之一，日本